Иванец В.Н., Крохалев А.А. и др. Процессы и аппараты пищевых производств. Часть 1

Подождите немного. Документ загружается.

срц

oco









, (2-101)

где S

ср

- средняя поверхность фильтрования, а:

= V/



. (2-102)

Для определения Q

по выражению (2-101) необходимо вычислить Р

. На рис.2.58. показана часть кольцевого слоя жидкости на переферии ро-

тора. Ее элементарная масса d

равна:









Hdr, (2-103)

где Н - длина центрифуги, м.

Имея ввиду, что центробежная сила С

равна С=

)

( r





с учетом уравнения (2-103), запишем:

dc=

900

222

Hdrr









. (2-104)

Так как S=2





H, то:

rdr

жц

900









. (2-105)

Проинтегрировав это выражение от 0 до Р

и от R

до R получим:

rdr

жц







900





, (2-106)

или:

)(

900

жц











. (2-107)

Толщина слоя осадка может быть найдена из соотношения:



, (2-108)

где в - коэффициент, величина которого зависит от типа центрифуги.

После подстановки в уравнение (2-101) значений Р

и h

из выраже-

ний

(2-107) и (2-108) определим Q

= в



, (2-109)

Рис.2.58. К расчету

фильтрующей центрифуги

где k=1/



- величина, характеризующая удельное сопротивление осадка;

900

срж

ср







- величина пропорциональная центробеж-

ной силе. Причем:

2)(2

ср









, (2-110)

Действительная производительность фильтрующих центрифуг опреде-

лится из выражения: Q





где



- коэффициент эффективности центрифуги; он всегда меньше

единицы.

Конструкции отстойных и фильтрующих центрифуг

Фильтрующие центрифуги периодического и непрерывного действия

разделяются по расположению вала на вертикальные и горизонтальные, по

способу выгрузки осадка — на центрифуги с ручной, гравитационной, пульси-

рующей и центробежной выгрузкой осадка. Главным отличием фильтрующих

центрифуг от отстойных является то, что они имеют перфорированный бара-

бан, обтянутый

Обычные центрифуги по характеру протекающих в них процессов делят

на фильтрующие, отстойные и разделяющие, а скоростные (сепараторы и

трубчатые центрифуги) на осветляющие и разделяющие. Центрифуги могут

иметь горизонтальное и вертикальное расположение ротора. По принципу

действия центрифуги делят на машины периодического, непрерывного дейст-

вия и комбинированные.

Фильтрующие центрифуги периодического и непрерывного действия

разделяются по расположению вала на вертикальные и горизонтальные, по

способу выгрузки осадка — на центрифуги с ручной, гравитационной, пульси-

рующей и центробежной выгрузкой осадка. Главным отличием фильтрующих

центрифуг от отстойных является то, что они имеют перфорированный бара-

бан, обтянутый фильтровальной тканью.

В фильтрующей центрифуге периодического действия (рис.2.59.) сус-

пензия загружается в барабан сверху. После загрузки суспензии барабан при-

водится во вращение. Суспензия под действием центробежной силы отбра-

сывается к внутренней стенке барабана. Жидкая дисперсионная фаза прохо-

дит через фильтровальную перегородку, а осадок осаждается на ней. Фильт-

рат по сливному патрубку направляется в сборник. Осадок после окончания

цикла фильтрования выгружается вручную через крышку 3.

Конструкция фильтрующей центрифуги с перфорированным барабаном

аналогична конструкции автоматической отстойной центрифуги с непрерыв-

ным ножевым съемом осадка.

Рис. 2.59. Фильтрующая центрифуга периодического действия:

1 — станина; 2 — перфорированный барабан; 3 — крышка; 4 — кожух;

5 — ступица;6 — подшипник; 7 — электродвигатель; 8 — шкив с ременной

передачей; 9 — дренажная сетка; 10 — фильтрующая ткань

В саморазгружающихся центрифугах (рис.2.60.) осадок удаляется под

действием гравитационной силы. Такие центрифуги выполняются с верти-

кальным валом, на котором располагается перфорированный барабан. Сус-

пензия подается на загрузочный диск при вращении барабана с низкой часто-

той. Нижняя часть барабана имеет коническую форму, причем угол наклона

делается большим, чем угол естественного откоса осадка. После окончания

цикла фильтрования и остановки барабана осадок под действием гравитаци-

онной силы сползает со стенок барабана и удаляется из центрифуги через

нижний ток.

Рис. 2.60. Центрифуга с грави-

тационной выгрузкой осадка:

1 — вал; 2 — барабан;

3 — распределительный диск;

4 — упорная втулка

1 2 3 4 5 6

В непрерывнодействующих фильтрующих центрифугах с пульсирующей

выгрузкой осадка (рис.2.61.) фильтрат из центрифуги выводится непрерывно,

а осадок периодически выгружается из барабана пульсирующим поршнем.

Поршень-толкатель перемещается в горизонтальном направлении в ба-

рабане с помощью штока, который находится внутри полого вала барабана.

Шток вращается вместе с валом и совершает одновременно возвратно-

поступательные движения (10— 16 ходов в минуту, длина каждого хода со-

ставляет примерно 0,1 длины барабана). Сервомеханизм автоматически из-

меняет направление движения поршня.

Суспензия подводится по оси вала в приемный конус. В конусе имеются

отверстия, по которым суспензия поступает в барабан. Внутренняя поверх-

ность барабана покрыта фильтровальным ситом. Осадок, отложившийся на

поверхности сита, промывается и перемещается поршнем к открытому концу

барабана. Из барабана осадок выгружается в камеру для осадка.

Центрифуга непрерывного действия с центробежной выгрузкой осадка

имеет конический перфорированный барабан, внутри которого вращается

шнек со скоростью, несколько меньшей скорости вращения барабана. При

вращении витки шнека снимают с барабана отложившийся осадок и переме-

щают его в нижнюю часть барабана, в камеру для осадка. Выгрузка осадка

происходит под действием центробежной силы. При этом осадок не измель-

чается, его структура не изменяется, как, например, в центрифугах с ножевым

срезом и выгрузкой осадка пульсирующим поршнем.

Отстойные центрифуги могут быть с вертикальным и горизонтальным

расположением вала и барабана, периодического (подвод суспензии и вы-

грузка осадка производятся периодически), полунепрерывного (суспензия по-

дается непрерывно, а осадок выгружается периодически) и непрерывного

действия (подача суспензии и выгрузка осадка осуществляются непрерывно).

Рис.2.61. Центрифуга

непрерывного действия с пуль-

сирующей выгрузкой осадка:

1—полый вал; 2—шток;

3—корпус; 4 — поршень-

толкатель; 5 — приемный конус;

6 — барабан; 7 — сито

Рис.2.63. Автоматическая центрифуга:

1 — гидравлический цилиндр;

2 — барабан; 3 — нож; 4 — желоб;

5 — штуцер для удаления фугата;

6 — труба для суспензии

Рис. 2.62. Отстойная центрифуга:

1 — вал; 2 — барабан; 3 — корпус

Осветленная жидкость

Отстойная центрифуга

периодического действия с

ручной выгрузкой осадка

(рис.2.62.) состоит из

барабана, насаженного на вра-

щающийся вал и помещенного

в корпус. Под действием

центробежной силы, возникаю-

щей при вращении барабана,

твердые частицы осаждаются в

виде сплошного слоя осадка на

стенке барабана, а освет-

ленная жидкость переливается

в кожух и удаляется через рас-

положенный внизу патрубок.

По окончании процесса осадок

выгружается из центрифуги.

Процесс в отстойной центрифуге состоит из разделения (осаждения)

суспензии и отжима или уплотнения осадка. В автоматических отстойных

центрифугах (рис.2.63.) загрузка материала, промывка, пропаривание и вы-

грузка осадка выполняются автоматически. Осадок после отделения жидкости

снимается ножом 3 или скребком, который срезает его и направляет в желоб

или на конвейер.

Нож управляется при

помощи гидравлического ци-

линдра; с ножом сблокирован

пневматический молоток, кото-

рый ударяет по желобу для об-

легчения выгрузки осадка.

Последовательность и

продолжительность отдельных

стадий полного цикла центри-

фугирования регулируются

электрогидравлическим авто-

матом, который состоит из мас-

ляного насоса;редуктора и гид-

равлических цилиндров, управ-

ляемых сервомотором.

Описанная центрифуга

предназначена для разделения

грубых и средних суспензий.

Непрерывнодействующие отстойные горизонтальные центрифуги со

шнековой выгрузкой осадка (НОГШ) применяются в крахмало-паточном про-

изводстве для получения концентрированного крахмального осадка и в других

производствах.

Центрифуга (рис.2.64.) состоит из ротора и внутреннего шнекового уст-

ройства, заключенных в корпус. Суспензия подается через центральную трубу

в полый вал шнека. На выходе из этой трубы внутри шнека суспензия под дей-

ствием центробежной силы распределяется в полости ротора.

Ротор вращается в кожухе в полых цапфах. Шнек вращается в цапфах,

находящихся внутри цапф ротора. Под действием центробежной силы твер-

дые частицы отбрасываются к стенкам ротора, а жидкость образует внутрен-

нее кольцо, толщина которого определяется положением сливных отверстии

на торце ротора. Образовавшийся осадок перемещается вследствие отстава-

ния скорости вращения шнека от скорости вращения ротора к отверстиям в

роторе, через которые он выводится в камеру 6 и удаляется из центрифуги.

При движении вдоль ротора осадок уплотняется. При необходимости он

может быть промыт.

Осветленная жидкость отводится через сливные отверстия в камеру

фильтрата и удаляется через патрубок 7.

За счет изменения частоты вращения ротора и шнека можно регулиро-

вать режим работы центрифуги, изменяя продолжительность отстаивания и

выгрузки осадка.

Центрифуги типа НОГШ обладают высокой производительностью и

применяются для разделения тонкодисперсных суспензий с высокой концен-

трацией твердой фазы.

Рис.2.64. Непрерывнодействующая отстойная горизонтальная

центрифуга со шнековой выгрузкой осадка:

1—корпус; 2—ротор; 3—шнековое устройство; 4—полый вал; 5—центральная

труба; 6 — камера осадка; 7 — патрубок для фильтрата

Суспензия

А.

Б.

Сепараторы применяются для разделения тонкодисперсных суспензий

и эмульсий: обеспечивают эффективное отделение дрожжей от сброженной

бражки, тонкое осветления виноматериалов, обезжиривание молока и др.

Тарельчатый дрожжевой сепаратор с внутренними соплами (рис.2.65.)

состоит из барабана и пакета тарелок, заключенных в корпус, который смон-

тирован на общей раме с элек-

тродвигателем.

Вал с насаженными на него

тарелками приводится во враще-

ние электродвигателем через

ременную передачу. Сепаратор

снабжен клапанами для его без-

разборной промывки. Клапаны

автоматически открываются при

снижении частоты вращения за

счет накопления осадка.

Вход суспензии в сепара-

тор осуществляется по внешней

кольцевой трубе (рис.2.63. б).

Суспензия поступает под ниж-

нюю перфорированную тарелку,

достигает под действием цен-

тробежной силы нижней поверх-

ности тарелки частично разделя-

ется и поступает в межтарельча-

тое пространство вышерасполо-

женной тарелки. Пакет сепара-

ционных тарелок увеличивает

эффект сепарирования за счет

сокращения пути свободного

осаждения дрожжевых частиц.

Осветлен-

ная фаза

Очищающая

жидкость

Рис.2.65. Дрожжевой сепаратор:

а — общий вид;

б — схема работы тарелок;

1 — корпус; 2 — внутреннее

сопло; 3 — привод; 4 — рама;

5—сменная втулка рабочего

вала;6—регулируемая

напорная труба;

7 — клапан системы

безразборной мойки;

—

пакет т

релок

Суспе

зия

Рис.2.66. Схема работы тарелок

моразгружающегося сепаратора

Если дрожжевая частица достигла нижней поверхности тарелки, то

можно считать, что она практически выделилась из смеси. Осевшие частицы

дрожжей через внутренние сопла поступают во внутреннюю кольцевую трубу

и выводятся из сепаратора. Осветленная жидкость выводится по периферий-

ной трубе.

В саморазгружающийся сепаратор (рис.2.66.), который предназначен

для разделения суспензий, содержащих более 1 % твердых частиц, суспензия

подается в барабан сверху через центральную впускную трубку и распреде-

ляется по периферии с помощью распределительного конуса. Твердые части-

цы, будучи более тяжелой фазой, направляются к стенке барабана. Жидкость

выходит из барабана в его верхней части после прохождения через дисковую

насадку и встроенный насос с напорным диском. Осадок выгружается из ба-

рабана сепаратора через определенные интервалы времени без остановки

сепаратора. Выгрузка осадка достигается за счет того, что внутреннее дно

барабана может свободно перемещаться по вертикали. Во время сепариро-

вания дно за счет гидравлического давления уплотняющей жидкости прижи-

мается к верхней части барабана, обеспечивая надежную герметизацию. Че-

рез определенные интервалы времени автоматически по заданной программе

резко снижают давление уплотняющей жидкости, что вызывает перемещение

дна барабана вниз. При этом открывается кольцевая щель, через которую под

действием центробежной силы выгружаются твердые частицы.

Повышение и понижение

гидравлического давления

осуществляются посредст-

вом «импульсов» рабочей

жидкости, подаваемой сна-

ружи в систему, приводящую

в действие барабан. Эти им-

пульсы и последующие вы-

грузки твердых частиц (из-

вестны под названием «вы-

стрелов») регулируются уст-

ройством для выгрузки, при-

водимым в действие датчи-

ком времени или самозащел-

кивающимся устройством,

срабатывающим, как только

твердые частицы достигают

определенного уровня в про-

странстве, где они удержи-

ваются.

Выгрузка твердых частиц может быть частичной, полной или комбини-

рованной.

Сопловые сепараторы с непрерывным удалением осадка применяются

для разделения суспензий, содержащих от 6 до 30 % твердых частиц. Цен-

тробежная сила, развиваемая в таких сепараторах, в 6000—9000 раз больше

силы тяжести. Производительность достигает 150 м

/ч.

Сепараторы высокопроизводительны, компактны, герметичны, изготов-

ляются из антикоррозийных материалов, просты в обслуживании (сборка,

разборка и периодическая промывка сепараторов производятся с помощью

специальных устройств и моющих машин), не требуют значительных затрат

ручного труда, могут работать по заданной программе. Недостатком является

высокая стоимость аппаратов.

Гидроциклоны

В последнее время в пищевой промышленности находят все более ши-

рокое применение гидроциклоны. Они используются для осветления и обога-

щения суспензий, а также для классификации материалов, т.е. разделения их

по фракциям.

Корпус гидроциклона (Рис.2.67) состоит из цилиндрической 4 и кониче-

ской 5 частей. Суспензия через патрубок 2 подается тангенциально в цилинд-

рическую часть корпуса 4, где приобретает интенсивное вращательное дви-

жение. Под действием центробежной силы частицы перемещаются к стенкам

аппарата и концентрируются во внешних слоях вращающегося потока. Здесь

они движутся по спиральной траектории вдоль стенок гидроциклона вниз к

выводному штуцеру 6, откуда отводятся в виде сгущенной суспензии. Боль-

шая часть жидкости перемещается во внутреннем спиральном потоке вверх

вдоль оси аппарата и удаляется через патрубок 2. Действительная картина

Рис.2.67. Гидроциклон:

1- тангенциальный штуцер; 2- патрубок;

3- перегородка; 4 – цилиндрический

корпус; 5 – коническое днище;

6- штуцер для выхода шлама.

Рис.2.68. Сверхцентифуга:

1- корпус; 2-ротор; 3- лопасть; 4 –

подпятник; 5 – труба; 6- отверстие для

выходаосветленной жидкости; 7- шпин-

дель; 8 – опора; 9 – шкив.

движения потоков в гидроциклоне много сложнее описанной, т.к. в аппарате

возникают радиальные и замкнутые циркуляционные токи.

Чем меньше диаметр гидроциклона, тем больше развиваемые в нем

центробежные силы, а, следовательно, тем меньше размер частиц, которые в

нем можно отделить. Для разделения суспензий успешно используются гид-

роциклоны диаметром 100 мм и менее.

Обычно гидроциклоны малого диаметра объединяют в общий агрегат,

который называют мультигидроциклон. Хорошее разделение суспензий дос-

тигается в том случае, если корпус циклона имеет удлиненную форму с углом

конусности (10-15°). В этом случае удлиняется путь твердых частиц, увеличи-

вается их время пребывания, а , следовательно, и повышается эффектив-

ность разделения.

Достоинства циклонов: высокая производительность; отсутствие дви-

жущихся частей; небольшая стоимость.

Недостаток: быстрый износ корпуса. Для того, чтобы его уменьшить,

применяют сменную футеровку из износостойких материалов. Расчет гидро-

циклонов сводится к определению производительности и размеров улавли-

ваемых частиц.

Расход суспензии с плотностью "



" через подводящий патрубок диа-

метром "d

" при перепаде давления в циклоне



Р можно определить по

формуле:

PdDKV



, где



K 

;









По опытным данным, для циклонов с Д=125-600 мм и углом конусности

38° коэффициент К=2,810

-4

На эффект разделения оказывает главное влияние отношение d

вых

которое принимается равным 0,37 - 0,4;

- принимается равным (0,14...0,3) Д;

вых

= (0,2…0,16) Д.

Для классификации выбирают циклоны с Д =300-350 мм, для сгущения

суспензий Д =100 мм, а для осветления Д =10...15мм.

Сверхцентрифуги

Сверхцентрифуги (Рис.2.68.) имеют ротор малого диаметра – не более

200 мм, вращающийся с большой скоростью – до 4500 мин

-1

. Фактор разделе-

ния составляет 15 000. В таких центрифугах разделяются очень тонкодис-

персные суспензии и эмульсии.

Контрольные вопросы

1. Какими методами можно повысить эффективность разделения неоднород-

ных смесей по сравнению с отстаиванием?

2. Какой фактор характеризует разделяющую способность центрифуг?

3. Что является движущей силой процесса центрифугирования? Каково соот-

ношение движущих сил в отстойниках и центрифугах?